大堀/研究/データ/論文-ZERODRAFT
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[[大堀/研究/データ]]
[[大堀/研究/データ/論文-ZERODRAFT-English]]
//研究室限定
*論文-ZERODRAFT [#f9dcf31f]
- Thesis writing の課題で早くも論文のzerodraftを書かなければいけなくなったので、まずは、日本語で概要まとめ。論点と、文章の展開も踏まえてまとめます。
- アドバイスある方は下にコメント下さい!もしくは、直で声をかけて下さい。お願いします。
**Introduction [#v6bbb132]
- 科学計算、物理演算に使われる物理エンジンを用い、動画像処理の高速化を行う。
- 動力学で利用される粒子計算を画素計算に置き換え、物理エンジンを効率的に使用する。
- (再構成可能デバイスである)FPGAを持つPROGRAPE-4に画像処理用の回路を乗せることで、処理の高速化を計る。
--PLAN B:理論天文学、分子動力学、流体力学などに利用されているPROGRAPE-4に画像処理用の回路を乗せることで、処理の高速化を計る。
- 回路の作成には、ハードウェアに依存することなく記述することができるPGDLを使用する。
**Literature Review [#s5e0456e]
- 物理エンジン、スーパーコンピュータは、天体の時間変化、分子動力学、流体力学などのシミュレーションに用いられる。
- O(N~2)の計算量を必要とする粒子間相互作用を計算する必要があるため、物理エンジン、スーパーコンピュータを用いなければ実用性を得られない。
- 物理エンジン、スーパーコンピュータの性能は年々上がってきている。
- 科学計算はさかんに行われてきたが、他の用途で使われることが少なかった。
- 粒子間相互作用を計算させている点を利用し、一画素を一粒子として考え、高速画像処理を物理エンジン、スーパーコンピュータで行う。
**Methodology [#a81c5e36]
- 画像処理ソフトを作成し、画素毎のコアな処理の部分のみを回路に乗せる方法をとった。
- 画像処理ソフトはC言語で作成し、回路はPGDLで記述した。
- 実際の回路は、FPGAを5つもつ(4:計算用、1:通信用)、PROGRAPE-4に乗せた。
- 実行環境は、SuSE Linux 9.3 (x86-64)。
- C言語で書かれたFPGAとのAPIが存在したため、C言語を使用した。
- PGDLを使用することで、個々のハードウェアに依存しない記述をすることが可能となった。これは、今後、ハードウェア性能の向上に伴い互換性を持たせるという意味で重要な点である。
-設計の手順
++行いたい処理(ここでは画像処理)のプログラムをC言語で記述する。
++プログラムの検証を行い、クリティカルパスを見つける。
++回路に乗せたい計算処理をPGDLで記述する。
++PGDLからVHDL(回路記述言語)へ変換する。(自動)
++VHDLからハードウェアに依存した回路情報を合成する。(自動)
++回路情報をFPGAに書き込む。
++処理を検証する。
++高速化に成功する。
++(advanced) Real-time処理。
**Results [#xe622866]----想像^^
- PROGRAPEに乗せた回路を用いて高速に画像処理ができる。
- 拡張した場合の性能比較。
- (今後、物理エンジンの性能が上がるにつれて、物理エンジンの数が増えるにつれて、画像処理の性能が飛躍することをグラフで示す。)
- 画素データを粒子として考えることで、物理エンジン、スーパーコンピュータで高速画像処理を行うことが出来る。
**Conclusion [#h056b836]
- 科学計算用の汎用コンピュータ、物理エンジンの性能は、日々進歩している。
- それらのハードウェアは、科学計算の用途には使われているが、画像処理にはあまりつかわれていない。
- (それ以前に、スーパーコンピュータなどのハードウェアを効果的に使えるアプリケーションが少ない)
- 画像処理を物理エンジン、スーパーコンピュータの一つの用途として扱うことで、今後の画像処理の高速化に拍車をかけることができるだろう。
**Reference [#s1cc7021]
- Real-Time FPGA Based Architecture for Bicubic Interpolation An Application for Digital Image Scaling
**コメント下さい [#sf3359b0]
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//研究室限定
*論文-ZERODRAFT [#f9dcf31f]
- Thesis writing の課題で早くも論文のzerodraftを書かなければいけなくなったので、まずは、日本語で概要まとめ。論点と、文章の展開も踏まえてまとめます。
- アドバイスある方は下にコメント下さい!もしくは、直で声をかけて下さい。お願いします。
**Introduction [#v6bbb132]
- 科学計算、物理演算に使われる物理エンジンを用い、動画像処理の高速化を行う。
- 動力学で利用される粒子計算を画素計算に置き換え、物理エンジンを効率的に使用する。
- (再構成可能デバイスである)FPGAを持つPROGRAPE-4に画像処理用の回路を乗せることで、処理の高速化を計る。
--PLAN B:理論天文学、分子動力学、流体力学などに利用されているPROGRAPE-4に画像処理用の回路を乗せることで、処理の高速化を計る。
- 回路の作成には、ハードウェアに依存することなく記述することができるPGDLを使用する。
**Literature Review [#s5e0456e]
- 物理エンジン、スーパーコンピュータは、天体の時間変化、分子動力学、流体力学などのシミュレーションに用いられる。
- O(N~2)の計算量を必要とする粒子間相互作用を計算する必要があるため、物理エンジン、スーパーコンピュータを用いなければ実用性を得られない。
- 物理エンジン、スーパーコンピュータの性能は年々上がってきている。
- 科学計算はさかんに行われてきたが、他の用途で使われることが少なかった。
- 粒子間相互作用を計算させている点を利用し、一画素を一粒子として考え、高速画像処理を物理エンジン、スーパーコンピュータで行う。
**Methodology [#a81c5e36]
- 画像処理ソフトを作成し、画素毎のコアな処理の部分のみを回路に乗せる方法をとった。
- 画像処理ソフトはC言語で作成し、回路はPGDLで記述した。
- 実際の回路は、FPGAを5つもつ(4:計算用、1:通信用)、PROGRAPE-4に乗せた。
- 実行環境は、SuSE Linux 9.3 (x86-64)。
- C言語で書かれたFPGAとのAPIが存在したため、C言語を使用した。
- PGDLを使用することで、個々のハードウェアに依存しない記述をすることが可能となった。これは、今後、ハードウェア性能の向上に伴い互換性を持たせるという意味で重要な点である。
-設計の手順
++行いたい処理(ここでは画像処理)のプログラムをC言語で記述する。
++プログラムの検証を行い、クリティカルパスを見つける。
++回路に乗せたい計算処理をPGDLで記述する。
++PGDLからVHDL(回路記述言語)へ変換する。(自動)
++VHDLからハードウェアに依存した回路情報を合成する。(自動)
++回路情報をFPGAに書き込む。
++処理を検証する。
++高速化に成功する。
++(advanced) Real-time処理。
**Results [#xe622866]----想像^^
- PROGRAPEに乗せた回路を用いて高速に画像処理ができる。
- 拡張した場合の性能比較。
- (今後、物理エンジンの性能が上がるにつれて、物理エンジンの数が増えるにつれて、画像処理の性能が飛躍することをグラフで示す。)
- 画素データを粒子として考えることで、物理エンジン、スーパーコンピュータで高速画像処理を行うことが出来る。
**Conclusion [#h056b836]
- 科学計算用の汎用コンピュータ、物理エンジンの性能は、日々進歩している。
- それらのハードウェアは、科学計算の用途には使われているが、画像処理にはあまりつかわれていない。
- (それ以前に、スーパーコンピュータなどのハードウェアを効果的に使えるアプリケーションが少ない)
- 画像処理を物理エンジン、スーパーコンピュータの一つの用途として扱うことで、今後の画像処理の高速化に拍車をかけることができるだろう。
**Reference [#s1cc7021]
- Real-Time FPGA Based Architecture for Bicubic Interpolation An Application for Digital Image Scaling
**コメント下さい [#sf3359b0]
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